[发明专利]一种提高铝硅镀层热成形超高强钢激光焊接头性能的方法

说明书

本发明公开了一种提高铝硅镀层热成形超高强钢激光焊接头性能的方法，包括将铝硅镀层热成形高强钢的焊接试样夹在装有激光焊实验平台上，通过添加合金焊丝、或合金粉末、或合金箔的方式，调整合金成分加入量以及激光工艺参数进行激光搭接焊接。焊接过程中加入合金成分得到成形良好及质量优异的铝硅镀层热成形高强钢激光搭接焊缝；通过控制激光工艺参数，改善焊缝组织，有效减弱溶解在焊缝中铝镀层的聚集程度，减少焊接缺陷，获得高质量的搭接焊接头，适用于汽车用镀铝硅热成形高强钢焊接。与传统激光搭接方法相比，本发明不需要清除热成形高强钢表面的铝硅镀层，简化搭接焊工艺流程，提高生产效率，同时改善焊缝组织，提高搭接焊接头强度。

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，具体是一种提高铝硅镀层热成形超高强钢激光焊接头性能的方法。

背景技术

汽车制造轻量化是汽车行业发展的一个重要方向，在保证汽车的强度和安全性能的前提下，通过优化结构和材料尽可能地减少汽车的自身重量，提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低污染。虽然一些轻质材料，如铝合金、镁合金、钛合金、复合材料及碳纤维材料等也可减轻整车质量，降低油耗，但其成形性能、硬度、焊接性能、成本等综合因素考虑都无法与钢铁材料匹敌，因此，降低钢板厚度的高强度或超高强钢越来越受到汽车制造商的青睐。

热成形高强钢硼钢是汽车行业广泛采用的一种超高强汽车用钢，它一方面通过添加硼元素提高钢板的淬透能力，另一方面通过热成形技术，将特殊的高强度硼合金钢加热使之奥氏体化，然后将红热的板料送入有冷却系统的模具内冲压成形，同时被快速冷却，钢板组织由奥氏体转变为全马氏体，从而得到抗拉强度可以超过1500MPa以上的超高强度钢板。为防止热成形超高强钢在热冲压过程中被氧化或碳化，通常会在钢板表面镀一层铝硅镀层，从而形成目前广泛使用的镀铝硅镀层热成形超高强钢。然而，在后续的焊接过程中，由于镀层中的铝进入焊缝，甚至在熔合区等部位偏析形成大块铁素体，导致焊缝的强度及塑性韧性变差。为了焊接镀铝硅热成形高强钢，目前常通过激光清洁、机械打磨、喷丸等技术清除镀层，再进行焊接。正因为此，清除工序会增加设备投入，且清除速度较低，使生产效率降低，生产成本增加；同时需对清除后产生的粉尘进行收集和处理，增加了生产辅助成本。

目前对于铝硅镀层热成形高强钢的焊接，大多集中在铝硅镀层热成形高强钢对接接头焊接(拼焊)工艺及方法的研究，如公开号为CN104023899A和CN106392328A的专利等，然而在实际制造过程中，将热成形高强钢进行搭接后使用也屡见不鲜。从现有的资料来看，对铝硅镀层热成形高强钢搭接焊工艺及方法研究较少，从有限的资料来看，主要采用纯激光焊和电阻点焊等方法进行焊接。电阻点焊不能进行封闭型焊接，且接头质量缺乏合适的无损检测方法。纯激光虽然能进行高效焊接，但由于铝镀层进入焊缝降低了接头的质量，如韩国的C Kim纯激光搭接焊接头强度为335MPa，为母材强度的22％(C.Kim,M.J.Kang,Y.D.Park.Laser welding of Al-Si coated hot stamping steel.ProcediaEngineering,2011,10:2226-2231)，上海交通大学华学明课题组报道纯激光搭接焊铝硅镀层热成形高强钢的接头抗拉强度约375MPa，为母材的25％(张帆.镀层对高强钢光纤激光焊接过程及接头性能的影响研究.上海交通大学，2015)。因此，亟需寻找一种提高铝硅镀层热成形高强钢搭接焊缝性能的焊接工艺及方法。由于接头搭接后板厚增加，且两层板的四层镀层都要溶入细且深的焊缝中。通过分析激光搭接焊接头组织可以发现，接头力学性能低的原因是接头形成了高温铁素体(高温铁素体形成的原因主要是Al基镀层的溶解，且Al是稳定铁素体形成元素)，这些高温铁素体聚集程度越高，力学性能越差。也就是说，可以通过减少高温铁素体的数量或者降低高温提铁素体的堆积程度就可以达到提高接头强度的目的。根据材料学知识，增加稳定奥氏体形成元素，使焊缝在凝固过程形成更多的奥氏体，从而降低铁素体形成动力，可减少焊缝中铁素体形成量。最常用稳定奥氏体元素有C、Ni、Mn、N等。通过对比发现，镍易于形成各种形式且容易添加到焊缝中，且镍元素与铁无限固溶，可添加到焊缝抑制高温铁素体得形成。

发明内容